SP-DVR動態電壓恢復技術在敏感性電力負荷的研究和應用

鄭威

（云南三環中化化肥有限公司，云南海口 650113）

SP-DVR動態電壓恢復技術在敏感性電力負荷的研究和應用

鄭威

（云南三環中化化肥有限公司，云南海口 650113）

電壓跌落、瞬時中斷問題隨電力系統的出現就存在，現在已經成為電能質量問題中對用戶影響最大的首要問題。動態電壓恢復是目前針對電壓質量問題的相對經濟、安全可靠的補償裝置。在對DVR的工作原理分析和研究的基礎上，結合變頻器實際運行情況對電壓補償策略進行了應用分析。

電壓跌落；瞬時中斷；動態電壓恢復

0 引言

DVR是針對電壓跌落、瞬時中斷等動態電能質量問題的補償裝置。DVR串聯于電源和負載之間，在電源電壓出現瞬時變化時，它把直流電壓轉換成相應幅值和相位的動態交流電壓并與故障的電網電壓疊加，使得負載側電壓保持穩定、完美的波形。

1 電壓跌落、瞬時中斷問題對各類設備的影響

（1）電力電子設備

電子設備屬于典型的敏感元件，電壓跌落或驟升時，整流電容不能輸出平緩的電壓波形或者電容鼓包失效，當電壓跌落低于到臨界值時，整流電路驅動板就不能工作，負載也就停止。例如在使用變頻器調節控制電動機場合，如果電源電壓下降到原定額定電壓的70%，控制電路自動停止輸出相關控制信號，信號停止后，驅動回路、整流回路、逆變回路等將全部停止，電動機將自動制動，停止工作[1]。

（2）交流接觸器

如果電壓跌落和瞬時中斷，原定彈簧的彈力大于線圈對鐵芯的吸引力時，接觸器就停機，一般情況下，交流接觸器在電壓低于線圈額定電壓的50%，時間超過20 ms的時候線圈就會失去吸力而釋放；如果電壓低于30%或者更低，交流接觸器持續1 s線圈就會釋放。

（3）不平衡相序繼電器

電壓的跌落通常是不對稱、不平衡的，當相序電壓不平衡度大于4%就會動作停運。

（4）快速響應繼電器

快速響應繼電器是通過電壓脈沖信號作為開關控制信號，電壓的瞬時跌落可能會誤認為是開關動作控制信號，切除電源使設備停運。

（5）復位電路

復位電路主要起到設備啟動時的正確初始化作用，復位電路控制信號通常是電壓的脈沖信號。電壓跌落后到恢復原幅值的過程中，復位電路可能會把這個電壓脈沖信號誤認為復位信號，使設備重啟復位造成設備停運。

2 SP-DVR工作原理簡介

動態電壓恢復裝置DVR串接在電源和敏感性負荷之間，可將其等效成一個受控電壓源，它具有很好的動態性能，DVR能夠根據電源側動態的電壓跌落產生響應幅值和相位的等效電壓與電源側電壓疊加。DVR能夠對電壓跌落、諧波、閃變、不對稱等多種電壓質量問題提供動態補償，當電壓在跌落的瞬間，DVR會在小于2 ms的時間內將負荷側跌落的電壓恢復至正常值[2]。如圖1所示。

圖1 SP-DVR動態電壓恢復裝置原理圖

3 SP-DVR在精硫泵變頻調速的應用

在硫酸化工生產中，固體硫磺經熔化后的熔融液液硫由精硫泵加壓經磺槍機械霧化而噴入焚硫爐燃燒，焚硫所需的空氣經空氣鼓風機加壓后送入干燥塔，在干燥塔內與98%的濃硫酸逆向接觸，使空氣中的水份得到吸收。根據上述工藝分析，硫酸高壓精硫泵的作用至關重要，其直接決定了硫酸的連續生產，又精硫泵采用變頻控制調節，變頻器屬于敏感負荷，因此硫酸高壓精硫泵采用SP-DVR動態電壓恢復技術是非常有必要的。根據圖1得知，SP-DVR處于敏感性元件變頻器 （ACS510） 和電源側之間，QF1為系統電源，QF2為備用補償電源，當電動機采用工頻運行時KM3通過二次回路控制吸合，當電動機采用變頻運行時KM1、KM2通過二次回路吸合，當SP-DVR處于檢修狀態時，NJ1、NJ2斷開，移除整流、逆變和濾波裝置對其進行檢修和校驗。如圖2所示。

圖2 SP-DVR動態電壓恢復精硫泵主接線原理圖

4 SP-DVR檢測算法模擬仿真

在Matlab中搭建配電網系統的模型，系統電壓為220 V。分別模擬單相電壓的電壓跌落、瞬時中斷和電壓驟變三相內容，按照峰值電壓法、基波分量法、缺損電壓法、小波變換法、狀態空間矩陣法的算法，采用相位跟蹤進行模擬仿真[3]。

（1）電壓跌落

系統電壓AC220V在T1時間突然跌落至50%，DVR在T1+ΔT(ΔT≤20 ms)時啟動DVR在電壓跌落的時間段內補償系統電壓的50%，經檢測系統電壓和DVR疊加輸出的電壓矢量為完美的正弦波。如圖3所示。

（2）瞬時中斷

系統電壓AC220V在T1時間瞬時中斷，系統電壓為0%，DVR在T1+ΔT（ΔT≤20 ms）時啟動DVR在電壓跌落的時間段內補償系統電壓的100%，經檢測系統電壓和DVR疊加輸出的電壓矢量為完美的正弦波。如圖4所示。

圖3 電壓跌落模擬仿真圖

圖4 瞬時中斷模擬仿真圖

（3）電壓驟降

系統電壓AC220V在T1時間驟降，系統電壓呈不規則的跌落，DVR在T1+ΔT（ΔT≤20 ms）時啟動DVR在電壓跌落的時間段內動態補償系統電壓，經檢測系統電壓和DVR疊加輸出的電壓矢量為完美的正弦波。如圖5所示。

5 SP-DVR性能特點

SP-DVR動態補償電壓寬度在0～1.2Un，可以補償電壓跌落、供電瞬時中斷在內的全范圍電壓失穩事件，可以實現2 ms以內的整機快速響應，整個補償過程負荷側電壓波形完美，無凸凹現象，可補償因系統單相故障、相見故障等非堆成故障引起的不平衡電壓跌落、瞬時中斷事件，SP-DVR裝置采用了雙控制器熱備用、主回路三旁路無縫切換、控制電源四冗余等一系列高可靠的設計方案，在正常工作時一直處于熱備用狀態，整機消耗＜0.5%額定容量[4]。

6 結束語

SP-DVR動態電壓恢復裝置作為一種有效的電能質量調節裝置，可以有效降低電能質量惡化而造成的生產中斷、設備損壞和電力事故等帶來的經濟損失，尤其是在化工連續生產關鍵敏感設備的使用上起到了重要的作用。

［1］王同勛，薛禹勝，S.S.CHOI.動態電壓恢復器研究綜述［J］.電力系統自動化，2007，31（9）：101-107.

［2］于音波，唐立華，傅硯，等.一種動態電壓恢復器DVR的仿真模型簡介［J］.供用電，2007，24（6）：73-75.

［3］周暉，齊智平，何飚，等.單相DVR快速電壓補償控制的實現［J］.電力系統自動化，2007，31（6）：61-64.

［4］肖小兵，何肖蒙，陳波，等.基于配電網電壓跌落的DVR研究［J］.電氣開關，2011（3）：23-26.

SP-DVR Dynamic Voltage Restorer Technology Research and Application in Electric Power Load Sensitivity

ZHENG Wei
（Yunnan Three Circles Sinochem Fertilizer Co.，Ltd.，Haikou650113，China）

The voltage drop，with momentary interruption occurs on the power system exists，has now become a problem in the power quality impact on the user maximum priority.Dynamic Voltage Restorer is the relative economic problem for the voltage quality，safe and reliable compensation device.Based on the DVR works on analysis and research，combined with the actual operation of the inverter voltage compensation strategy for the application of the analysis.

voltage drop；momentary interruption；Dynamic Voltage Restorer

TM714.2

A

1009－9492(2014)09－0067－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.09.018

鄭 威，男，1984年生，山西忻州人，碩士研究生，工程師。研究領域：電氣工程自動化和控制工程設計維護。

(編輯：向 飛)

2014－03－25